ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК G02B6/26 G02B6/28 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано при обработке оптической информации от волоконно-оптических измерительных сетей.

Известен оптический элемент, выполненный в виде набора дифракционных решеток, которые в виде плоских голограмм сформированы на поверхности оптического носителя информации. Этот оптический элемент используется в качестве оптической матрицы связи (см. Кульчин Ю.Н., Денисов И.В., Каменев О. Т. Оптоэлектронная нейроподобная система обработки выходных данных волоконно-оптической измерительной сети. -Письма в журнал технической физики. - 1999. - Т. 25. - Вып.6. - С.65-70).

Однако практическое изготовление такого оптического элемента имеет один существенный недостаток, а именно его изготовление неизбежно требует "мокрого" фотохимического процесса обработки фотоматериалов, требующего специальных навыков и условий реализации.

Известен также оптический элемент, включающий оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала (см. статью А.М. Андриеша, Ю. А. Быковского, Ю.Н. Кульчина, В.В. Пономаря и В.Л. Смирнова. Исследование оптических волокон из As₂S₃ для устройств согласования планарных и цилиндрических волноводов, ж-л Квантовая электроника, 9, 1, 1982).

Недостаток этого устройства сравнительно узкий функциональный диапазон, позволяющий его использование только в качестве устройства согласования и не допускающий его использование как элемента оптической матрицы связи, также невозможность регулирования эффективности передачи световой мощности из одного волновода в другой.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, формулируется как обеспечение возможности использования устройства в качестве элемента оптической матрицы связи.

Для решения поставленной задачи оптический элемент, включающий оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала, отличается тем, что в качестве ответвления использован светоотводящий участок, выполненный в оболочке оптического волновода, при этом непосредственно на выходе светоотводящего участка размещен фотодиод фотоприемника с регулируемым коэффициентом усиления. Кроме того, оптический волновод закреплен на твердой подложке. Кроме того, по длине оптического волновода находятся по меньшей мере два светоотводящих участка, снабженных фотодиодами. Кроме того, каждый фотодиод снабжен отдельным усилителем.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков известных аналогов и прототипа показывает, что заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

Приведенные в отличительной части формулы изобретения признаки решают следующие функциональные задачи.

Признак "в качестве ответвления использован светоотводящий участок, выполненный в оболочке оптического волновода" обеспечивает возможность отвода оптической энергии из световода без использования дополнительных (промежуточных) узлов и приспособлений.

Признак "непосредственно на выходе светоотводящего участка размещен фотодиод фотоприемника" упрощает процедуру преобразования оптического сигнала в электрический и тем самым сопряжение устройства с компьютерами.

Признаки, указывающие на "возможность регулирования коэффициента усиления фотоприемника", обеспечивают возможность регулирования величины электрического сигнала для изменения эффективности вывода излучения из световода и, тем самым, обеспечивают возможность получения целого ряда устройств с различными параметрами эффективности вывода излучения при одинаковых конструктивных параметрах "комплектующих", из которых собраны эти устройства. Тем самым обеспечивается возможность организации работы заявленного устройства как элемента оптической матрицы связей. При этом, регулируя коэффициенты усиления фотоприемников, можно изменять коэффициенты связей оптической матрицы связей и тем самым можно организовать нейроподобную систему, которая по оптическим сигналам волоконно-оптической информационной системы обеспечит не только восстановление характеристик физических полей, но и позволит оперативно корректировать параметры своей работы под изменяющиеся условия или для решения других задач восстановления. Предлагаемое техническое решение позволяет на простой элементной базе произвести непосредственное согласование оптического излучения, проходящего по ВОИЛ, с электронными системами дальнейшей обработки информации.

Признак второго пункта формулы обеспечивает возможность создания нейроподобной системы.

Признак третьего пункта формулы обеспечивает возможность независимого регулирования параметров элементов матрицы связей.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом.

На чертеже показаны: сердцевина волоконно-оптического волновода (световода) 1, из которого отводится оптическое излучение, светоотводящий участок 2 в оболочке световода, через который это излучение отводится, подложка 3, фотодиод 4. Кроме того, на чертежах показаны световой поток 5, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, компьютер 8, линия обратной связи 9 усилителя 6.

В качестве волоконно-оптического волновода (световода) 1 используется волновод известной конструкции, длина которого задается конкретными техническими условиями, например, в качестве светоотводящего участка 2 в оболочке световода 1 можно использовать, например, участки, на которых удалена часть оболочки световода. Форма поперечного сечения этого участка не является определяющим параметром, главное, чтобы плоскость сечения телесного угла выводимого излучения была не более входной апертуры фотодиода 4. На практике светоотводящие участки 2 формируют в виде пропилов в оболочке волокна, удаляя часть ее, например, надфилем.

Подложку 3 изготавливают из жесткого материала, например пластмассы, металла и т. п. Ее назначение - обеспечение постоянных условий контакта световыводящей плоскости светоотводящего участка 2 и светопринимающей поверхности фотодиода 4.

В качестве фотодиода 4, усилителя 6, АЦП 7, компьютера 8 и линии обратной связи 9 усилителя 6 использованы приборы известной конструкции, технические характеристики которых обеспечивают работоспособность системы, в качестве элемента которой использовано заявленное устройство.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Световой поток вводится в волоконно-оптический волновод 1 через входной торец и распространяется по нему, многократно отражаясь от стенок, до светоотводящего участка 2, где оболочка волновода убрана. При прохождении этого участка часть светового потока 5 "уходит" через него в фотодиод фотоприемника 4. Сигналы каждого из фотодиодов 4 подаются на свой усилитель 6 и далее на входной канал АЦП 7. Коэффициенты усиления фотоприемников регулируются посредством вырабатываемых сигналов рассогласования с выхода компьютера 8. Таким образом, регулируя коэффициенты усиления фотоприемников, можно изменять коэффициенты связей оптической матрицы связей и тем самым по оптическим сигналам ВОИС производить не только восстановление характеристик физических полей, но и оперативно корректировать работу нейроподобной системы под изменяющиеся условия или для решения других задач восстановления.

Оставшаяся в световоде 1 часть светового потока распространяется далее. При наличии на световоде 1 других светоотводящих участков 2 описанный процесс повторяется.

Предлагаемое устройство может выполнять функцию элемента оптической матрицы связей. Объединение выходных излучений из светоотводящих участков 2 можно выполнить так, чтобы выполнялось вектор-матричное перемножение поступающих оптических сигналов элементов оптической матрицы связей. Таким образом, обеспечивается возможность реализации полностью оптической нейронной сети.

Изобретение используется в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Оптический элемент включает волоконно-оптический волновод и ответвление, выполненное из прозрачного материала. В качестве ответвления использован светоотводящий участок, выполненный в оболочке волоконно-оптического волновода. Непосредственно на выходе светоотводящего участка размещен фотодиод фотоприемника с регулируемым коэффициентом усиления. Волоконно-оптический волновод может быть закреплен на твердой подложке. По длине волоконно-оптического волновода может быть выполнен по меньшей мере второй светоотводящий участок, снабженный фотодиодом. Каждый фотодиод может быть снабжен отдельным усилителем. Обеспечена возможность регулирования эффективности передачи световой мощности из одного волновода в другой. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Оптический элемент, включающий волоконно-оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала, отличающийся тем, что в качестве ответвления использован светоотводящий участок, выполненный в оболочке волоконно-оптического волновода, при этом непосредственно на выходе светоотводящего участка размещен фотодиод фотоприемника с регулируемым коэффициентом усиления. 2. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический волновод закреплен на твердой подложке. 3. Оптический элемент по п.1, отличающийся тем, что по длине волоконно-оптического волновода выполнено по меньшей мере два светоотводящих участка, снабженных фотодиодами. 4. Оптический элемент по п. 3, отличающийся тем, что каждый фотодиод снабжен отдельным усилителем.